Ферментные препараты и их применение в пищевой промышленности

метки: Фермент, Пищевой, Применение, Использование, Промышленность, Производство, Модификация, Пектиназа

Биохимические процессы протекают при участии ферментов имеют большое практическое значение, так как лежат в основе технологий получения сыра, хлеба и хлебобулочных изделий, вина, пива, чая, аминокислот, органических кислот, витаминов и антибиотиков. Эти процессы играют важную роль при хранении пищевого сырья и готовой продукции (зерна, плодов, овощей, жира, жиросодержащих продуктов и др.).

Зная характер протекания биохимических процессов в пищевом сырье, можно установить особенности процесса, определить дефекты данной партии сырья, наметить наиболее правильный режим технологического процесса.

Человечество использует ферменты для приготовления продуктов питания с незапамятных времен. Эмпирическим путем люди выяснили, что существуют природные субстраты, которые при внесении их в тот или иной вид сырья вызывают в нем желательные изменения.

Достижения современной энзимологии значительно расширили возможности применения ферментов в первую очередь в медицине и пищевой промышленности, где их используют практически во всех отраслях. Это обусловлено их преимуществами по сравнению с химическими катализаторами: избирательностью и стереоспецифичностью действия, возможностью достижения высоких скоростей превращения субстратов при относительно мягких условиях технологии, безвредностью для окружающей среды и человека. Каждый фермент имеет определенную функцию в организме, которую другие ферменты выполнить неспособны. Ферменты настолько специализированы, что они могут вступать в реакцию только в определенных субстанциях.

ФЕРМЕНТЫ В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ.

Ферменты (энзимы) — биологические катализаторы белковой природы, способные во много раз ускорять химические реакции, протекающие в животном и растительном мире.

Человечество использует ферменты для приготовления продуктов питания с незапамятных времен. Эмпирическим путем люди выяснили, что существуют природные субстраты, которые при внесении их в тот или иной вид сырья вызывают в нем желательные изменения.

Такими субстратами были соки растений и ткани животных, содержащие ферменты, а также виноградный сок, молоко, тесто, самопроизвольно сбродившие в результате попадания в них микроорганизмов. Например, для получения сыра использовали соки растений, содержащие фермент фицин, или ткани желудка птиц и животных, содержащие фермент ренин. Для тендеризации мяса (размягчения мышечной ткани) использовали сок папайи, содержащий фермент папаин.

Стандартизация и сертификация сырья и пищевых продуктов

... результатов. К нормативным документам в области стандартизации, используемым в Российской Федерации, ... тканей, для работы нервной и кровеносной систем и относятся к числу незаменимых. Также подсолнечное масло содержит ... ТС 021/2011«О безопасности пищевой продукции» устанавливает объекты ... в страны ближнего и дальнего зарубежья: Монголию, Израиль, США, Канаду. Подсолнечное масло - это уникальный продукт, ...

Изучать ферменты начали в XVIII в.. когда были открыты пищеварительные ферменты, выделены ферменты из биологических объектов: пероксидаза из хрена, и α-амилаза из зерна и др. В ХIX в. получены первые чистые формы ферментов и предложен термин «энзим» (от греч, enzymos — связанный с брожением теста).

Возникновение энзимологии как самостоятельной научной дисциплины стало возможным с развитием химии, биологии и медицины.

При изучении механизма действия ферментов было высказано предположение, что ферменты образуют комплексы с субстратами. Для объяснения пространственного взаимодействия между ферментом и субстратом Э. Фишер предложил модель «ключ к замку».

Ферменты не являются чужеродными для организма человека веществами. В пищевых технологиях используют в основном ферменты, присутствующие в пищевом сырье, которые поступают в организм человека при потреблении свежих фруктов и овощей, орехов, молока, сброженных и консервированных продуктов. В пищевых продуктах ферментов содержится мало — миллиграммы на килограмм продукта. При кулинарной и технологической обработке пищевых продуктов ферменты, как правило, инактивируются. Продолжается поиск новых возможностей использования ферментов в пищевой промышленности.

Основными направлениями исследования являются:

• модификация свойств индивидуальных ферментов с целью повышения их активности и удешевления целевых продуктов;

•скрининг новых микроорганизмов- продуцентов ферментов;

• получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами;

• применение ферментативных реакций для получения ценных пищевых ингредиентов и биологически активных веществ;

• разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.

Современные методы модификации ферментов позволяют увеличивать стойкость ферментов к действию различных химических реагентов и ингибиторов, рН, температурному воздействию; изменять рН оптимума ферментов, их субстратную специфичность и связывающие свойства; регулировать предпочтения определенных металлов-кофакторов и каталитические свойства ферментов.

Химическая модификация — наиболее известный вид модификации ферментов., Ее методы должны отвечать следующим требованиям:

• используемые химические реагенты должны быть безвредными (особенно в случаях дальнейшего использования ферментов в пищевых технологиях);

• условия модификации не должны быть жесткими, приводящими к ухудшению свойств ферментов;
• модифицированные ферменты должны отделяться от реакционной среды относительно простыми и недорогими способами;

— применение модифицированных ферментов должно быть экономически выгодным.

Таблица 1.

Отрасль	Этапы технологических процессов и технологические цели применения ферментов
Технология переработки зерна	Повышение выхода муки и круп, улучшение качества клейковины, производство модифицированной муки зернобобовых
Хлебопечение	Сокращение расхода муки, улучшение теста, замедление черствения изделий, улучшение цвета корочки, производство охлажденного и замороженного теста
Пивоварение	Разжижение, улучшение фильтрации, получение низкокалорийного пива, стабилизация пива
Технология молочных продуктов	Коагуляция молока, замена сычужного фермента в производстве сыра, модификация молочного белка, создание сырного аромата, получение ферментативно модифицированных сыров, удаление перекиси водорода, получение молочного сахара
Производство вина, фруктовых соков, газированных напитков, консервов	Осветление, мацерация сырья, удаление крахмала из сока, увеличение выхода, получение сладких ликеров, стабилизация вин и соков, производство соков с мякотью и пюре
Переработка крахмала	Увеличение выхода, модификация крахмала, разжижение, осахаривание, получение глюкозо-фруктовых и зерновых сиропов
Спиртовая промышленность	Конверсия сырья, разжижение крахмала, осахаривание, улучшение роста дрожжей, увеличение выхода спирта
Производство кофе	Сепарация зерен, контроль вязкости экстрактов, улучшение вкуса и аромата
Производство белков	Гидролиз белков и полисахаридов, снижение вязкости, производство модифицированных пептидов и белков
Производство сахара	Удаление крахмала, белков и полисахаридов
Производство ароматизаторов	Синтез тонких ароматов, получение натуральных ароматических эфиров и т. д.
Производство масел и жиров	Увеличение выхода, модификация жиров, экстракция масла, получение биологически активных веществ (лецитина, токоферолов, каротинов и др.)
Технология мясопродуктов	Увеличение выхода, тендеризация мяса, получение мясных экстрактов, текстуризация белков, продление сроков хранения
Производство растительных экстрактов	Увеличение экстрактивности, сокращение длительности экстракции, улучшение фильтрации, повышение выхода пигментов, производство чая и чайных экстрактов, сокращение времени экстракции, усиление аромата и цвета
Производство пектина	Упрощение технологии, увеличение выхода, регулирование степени этерификации

К активно развивающимся областям энзимологии относится разработка биологических методов модификации ферментов. Особенно многообещающим является направление, получившее название «белковая инженерия». Методы белковой инженерии, основанные на знании зависимости между аминокислотной последовательностью, трехмерной структурой и каталитической активностью ферментов, позволяют успешно модифицировать ферменты для улучшения их технологических свойств. Широко используется способ замены определенных аминокислот в структурах молекул ферментов.

ПРИМЕНЕНИЕ ФЕРМЕНТНЫХ ПРЕПАРАТОВ, В ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ.

В пищевой промышленности ферментные препараты представляют собой мульт-энзимные комплексы и, помимо активного белка, содержат различные балластные вещества. Большое число ферментных препаратов получают в промышленном масштабе с использованием микроорганизмов — активных продуцентов соответствующих ферментов.

Ферментные препараты позволяют значительно ускорять технологические процессы, увеличивать выход готовой продукции, повышать ее качество, экономить ценное сельскохозяйственное сырье, улучшать условия труда на производстве.

В технологии пищевых продуктов применяются ферментные препараты с амилолитической, протеолитической, липолитической, оксидазной активностью. Они используются в пивоварении, виноделии, производстве спирта, фруктовых и овощных соков, хлебопечении, производстве дрожжей, сыра, творога, мясо- и рыбопродуктов, переработке крахмала, производстве белковых гидролизатов и инвертного сиропа (таблица 1).

Таблица 1. Применение ферментных препаратов в пищевой промышленности.

Продукт	Ферменты	Назначение	Применяемая форма	Допустимая концентрация или время
Хлебопечение
Злаковые и крахмалы	Амилаза	Ускорение ферментации; улучшение качества муки для получения буханок большего объема, улучшение цвета корки и структуры мякиша	Жидкость или таблетки	0,002…0,06 % к массе муки
	Протеазы	Модификация глютена при выпечке бисквитов; сокращение времени перемешивания теста	Порошок	До 0,25 % к массе муки
Производство глюкозы
	Амилоглюкозиназа	Проведение технологического процесса гидролиза	Жидкость	0,06…0,131 % к СВ
Производство фруктозы
	Глюкоизомераза	Конверсия глюкозы во фруктозу	Иммобилизированные системы	0,015…0,03 % к СВ; 0,16 к СВ сырья
Пивоварение
Спиртные напитки	Амилазы	Снижение вязкости пульпы Конверсия крахмала в сахар для ферментации	Жидкость	0,025 % 0,003 %
	Танназы	Удаление полифенолов	Жидкость или порошок	0,03 %
	Глюканазы	Улучшение фильтрации Образование дополнительного сахара для ферментации	Жидкость	≈ 0,1 % к СВ ≈ 0,1 % к СВ
	Целлюлазы	Улучшение фильтрации за счет гидролиза сложных веществ клеточных оболочек	Жидкость или порошок	≈ 0,1 %
	Протеазы	Обеспечение азота для дрожжевого брожениея; улучшение фильтрации и предотвращение охлаждения	Жидкость или порошок	≈ 0,3 % к СВ
	Диацетилредуктаза	Удаление диацетилов в пиве	Жидкость	—
Виноделие
	Пектиназа	Осветление вина	Преимущественно жидкость	0,01-0,02 %
	Амилоглюкозиназа	Удаление помутнений, улучшение фильтрации	Жидкость или порошок	0,002 % (масса/объем)
	Глюкозооксидаза	Удаление кислорода	Порошок/жидкость	10…70 ГОК 1-1
Производство кофе
Безалкогольные напитки	Целлюлазы	Расщепление целлюлозы в процессе сушки	Жидкость или порошок	—
	Пектиназы	Устранение гелеобразных пленок в процессе ферментации	То же	20…50 мг/л
Производство чая
	Целлюлазы	Разрушение целлюлозы в процессе ферментации		—
Производство безалкогольных напитков
	Каталазы	Стабилизация цитрусовых терпенов	Порошок/жидкость	В сочетании с глюкозооксидазой
	Глюкозооксидазы	То же	То же	20…90 ГОК 1-1
Производство какао
	Пектиназы	Гидролиз шелухи бобов в процессе ферментации	Жидкость	11…20 мг/л
Производство молока
	Каталаза	Удаление Н2О2	Жидкость или порошок	—
	β-Галактозидаза	Предотвращение зернистой текстуры; стабилизация белка при замерзании	Иммобилизированные системы	Несколько недель
	Протеазы	Стабилизация сухого молока	То же	То же
Производство сыров
Продукты животноводства	Протеазы	Коагуляция казеина	Порошок или раствор	≈ 0,01…0,15 %
	Липаза	Формирование аромата	Жидкость или порошок	≈ 1 % к СВ
Производство соков
Фрукты и овощи	Амилазы	Удаление крахмала для улучшения выделения сока	Жидкость или порошок	0,0005…0,002 % (масса/объем)
	Целлюлазы	Повышение эффективности выделения сока	Как правило, жидкость	0,0002…0.005 % (масса/объем)
	Пектиназы	Повышение эффективности выделения сока. Направленное осветление	То же	0,003…0,03 % 0,01…0,02 %
	Глюкозооксидаза	Удаление кислорода	Порошок/жидкость	20…200 ГОК 1-1
	Нарингиназа	Устранения горечи цитрусовых	Порошок	—
Производство овощных консервов
	Амилазы	Приготовление и умягчение пюре	Жидкость	—
	Пектиназа	Получение гидролизатов		—
Производство мяса и рыбопродуктов
Мясо и другие белковые продукты	Протеазы	Тендеризация мяса Получение рыбного гидролизата Улучшение обработки рыбы для сохранения «связанной воды» Удаление рыбьего жира из тканей	Жидкость Жидкость	Варьируется для различных применений и различных энзимов ≈ 2 % от содержания белков ≈ 2 % —
Производство яичных продуктов
	Липазы	Улучшение процессов взбивания и эмульгирования	Иммобилизированная система или порошок	По инструкции
	Протеазы	Улучшение свойств при высушивании	Жидкость или порошок	По инструкции
Экстрагирование растительных масел
	Пектиназы	Расщепление пектиновых веществ для выделения масла	Жидкость или порошок	0,5…2 % к СВ
	Целлюлазы	Гидролиз веществ клеточных стенок	То же	0,5…2 % к СВ
Гидролиз масел
	Липазы	Получение свободных жирных кислот		≈ 2 % к СВ
Синтез сложных эфиров
	Эстеразы	Производство терпеновых эфиров для интенсификации запахов органических кислот и спиртов	Иммобилизированные системы или порошок	≈ 2 % к СВ; ≈ 2 % э/с на каждую загрузку
Межмолекулярная этерификация
	Липазы	Получение триацилглицеринов из дешевого кормового сырья	Иммобилизированные системы	≈ 1…5 % э/с